Question

【題目】工業燃燒煤、石油等化石燃料釋放出大量氮氧化物(NOx)、CO2、CO、SO2等氣體，嚴重污染空氣。對廢氣進行脫硝、脫碳和脫硫處理可實現綠色環保、廢物利用。

Ⅰ．脫硝：已知：H2的燃燒熱為285.8 kJ/mol

N2(g) + 2O2(g)= 2NO2(g) △H= +133 kJ/mol

H2O(g) =H2O(l) 　　　 △H=- 44 kJ/mol

催化劑存在下，H2還原NO2生成水蒸氣和其他無毒物質的熱化學方程式為_____________。

Ⅱ．脫碳：

（1）向2L恒容密閉容器中加入2 mol CO2、6 mol H2，在適當的催化劑作用下，發生反應 CO2(g) + 3H2(g) CH3OH(l) + H2O(l)。下列敘述能說明此反應達到平衡狀態的是__________________。

A．混合氣體的平均式量保持不變 B．CO2和H2的體積分數保持不變

C．CO2和H2的轉化率相等 D．混合氣體的密度保持不變

E．1 mol CO2生成的同時有3 mol H—H鍵斷裂

（2）在T1℃時，體積為2L的恒容容器中充入物質的量之和為3mol的H2和CO，發生反應CO(g) + 2H2(g) CH3OH(g)反應達到平衡時CH3OH的體積分數（V%）與的關系如圖所示。

①當起始=2，經過5min達到平衡，CO的轉化率為0.4，則0～5min內平均反應速率V(H2)=___________。若此時再向容器中加入CO（g）和CH3OH（g）各0.4mol，達新平衡時H2的轉化率將__________（選填“增大”、“減小”或“不變”）；

②當起始=3．5時，達到平衡狀態后，CH3OH的體積分數可能是圖象中的___________點（選填“D”、“E”或“F”）

Ⅲ．脫硫：

如圖電解裝置可將霧霾中的NO、SO2分別轉化為NH4+和SO42－。物質A的化學式為_____________，陰極的電極反應式是________________________。

Answer 1

【答案】 4H2(g)+2NO2(g)＝N2(g)+4H2O(g)△H= -1100.2kJ/mol DE 0.08mol/（L．min） 減小 F H2SO4 NO+6H++5e－=NH4++H2O

【解析】Ⅰ.已知:氫氣的燃燒熱為,①；②③，根據①②-③得到催化劑存在下，還原生成水蒸氣和氮氣的熱化學方程式為4H2(g)+2NO2(g)＝N2(g)+4H2O(g)△H= -1100.2kJ/mol ；正確答案: 4H2(g)+2NO2(g)＝N2(g)+4H2O(g)△H=-1100.2kJ/mol。

Ⅱ．（1）該反應只有反應物為氣體，生成物全部為液體，因此氣體總質量與氣體的總量成正比變化，混合氣體的平均式量保持不變時，不能判斷此反應達到平衡狀態，A錯誤；向2L密閉容器中加入2 mol CO2、6 mol H2，按照反應，所以過程中和的體積分數始終保持不變，不能判斷此反應達到平衡狀態，B錯誤；向2L密閉容器中加入2 mol CO2、6 mol H2，按照反應，和的轉化率始終相等，不能確定反應是否達到平衡狀態，C錯誤；反應物是氣體，生成物是液體，反應向右進行，氣體總質量減小，氣體體積不變，當混合氣體的密度保持不變，說明反應達到平衡狀態，D正確；生成的同時有鍵斷裂，說明正逆反應速率相同，反應達到平衡狀態，E正確；正確選項：DE。

（2）根據題意可以知道,在T1℃時，體積為2L的恒容容器中充入的H2和CO的物質的量分別是2 mol 和1 mol ,即H2和CO的初始濃度分別為1mol/L和0.5mol/L,而經達到平衡,CO的轉化率為0.4,故有一氧化碳變化濃度為0.2 mol/L ,因為濃度的該變量之比等于計量數之比，可計算出氫氣濃度的變化量0.4mol/L，甲醇濃度的變化量為0.2mol/L，根據三段式則有:

CO(g)+ 2H2(g) CH3OH(g)

起始濃度 0.5 1 0

變化濃度 0.2 0.4 0.2

平衡濃度 0.3 0.6 0.2

則0～5min內平均反應速率V(H2)=0.4/5=0.08mol/（L．min）； 此溫度下該反應的平衡常數為：0.2/0.3×(0.6)2=50/27；若此時再向容器中加入CO（g）和CH3OH（g）各0.4mol，各物質濃度為：c(CO)=0.3+0.4/2=0.5 mol/L, c(H2)= 0.6 mol/L, c(CH3OH)= 0.2+0.4/2=0.4 mol/L,則濃度商QC=0.4/0.5×(0.6)2>50/27；平衡左移，H2的轉化率將減小；正確答案：0.08mol/（L．min）；減小。

②混合比例等于化學計量數之比時,平衡時生成物的含量最大，故當起始=3．5時，,達到平衡狀態后, CH3OH的體積分數小于C點，故選F；正確選項F。

Ⅲ．根據NO、SO2分別轉化為NH4+和SO42－可知，NO被還原，SO2被氧化；電解池的陰極發生還原反應：NO得電子變為NH4+，極反應為：NO+6H++5e－=NH4++H2O；陽極極反應為：SO2-2 e－+2H2O= SO42－+4H+,根據兩極反應可知，該反應最終產生硫酸，物質A的化學式為H2SO4；正確答案：H2SO4；NO+6H++5e－=NH4++H2O。